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火灾自动报警系统

目录1

摘要3

第1章绪论1

1.1课题来源及背景1

1.11火灾自动报警系统的种类2

1.12火灾自动报警系统的组成2

1.13研究火灾自动报警控制器的意义3

第二章火灾报警系统所用的探测器简介5

2.1火灾探测器的简介5

2.11根据火灾探测方法和原理，目前主要有以下几种火灾探测器:

2.12火灾探测器的选择6

2.13火灾探测器的设置7

2.14火灾探测器的原理和原理图9

2.15火灾探测器的方法10

2.17火灾报警控制器的工作原理10

第三章设计方案的论证及硬件设计11

3.1系统元件的选择及元件特点11

3.11单片机的选择11

3.12AD转换器的选择12

3.14模拟开关4052概述、特点13

3.15ICL7135概述、特点14

3.2系统硬件电路设计20

3.22模拟采样电路的设计20

3.22系统A/D转换电路及其工作原理20

3.23基于AD转换器ICL7135和51单片机铂电阻测温系统设计21

3.24系统报警电路设计25

3.25系统单片机电路设计27

单片机电路图及其工作原理27

AT89C52结构简况28

3.26显示部分的设计35

3.27、自动喷淋控制电路设计38

3.28系统电源电路设计40

第四章主程序设计42

4.1系统主程序简介42

、系统的主程序主要完成AT89C52单片机系统的初始化、设置系统时钟和中断字，调用各个处理子程序，然后转入相应的服务程序，完成不同的功能，如数据的采集与处理。

4.12、定时与中断系统42

4.13、中断处理程序结构42

4.14程序设计42

4．15程序源代码43

主程序源代码43

摘要

关键词单片机

第1章绪论

1.1课题来源及背景

国内外火灾自动报警系统发展火灾自动报警灭火系统是将报警与灭火联动并加以控制的系统。

为了及时发现火灾隐患和扑灭火灾，电力系统防火重点保护场所、各种商业和工业建筑以及现代智能建筑已采用火灾自动报警灭火系统。

随着我国经济建设的发展，各种现代化楼字对火灾报警和自动灭火系统提出了更高的要求。

大型宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等，自动灭火系统己成为必不可少的保安装置。

设置功能完善的消防设施，对保障人民生命财产的安全，无疑是极为重要的，火灾报警系统用于探测火灾并给出声响警示信号，具体由布放在现场的探测器、传输线路和安放在控制室的控制器组成。

火灾自动报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:

第一阶段为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，探测器电源由报警系统提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。

此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能（也为多线制），如驱动警铃等，其报警器队外围探测器，无故障检测功能，只会对电源线的断线作出故障反应，安装此类系统比较繁锁，特别是校线工作量较大

第二阶段为总线型火灾自动报警系统，己采用微处理器控制。

其线制一般为四线制、三线制、二线制。

探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。

其探测器的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。

此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。

此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。

目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。

由于此类产品具有先进的报警和控制功能，施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用

第三阶段为智能型火灾自动报警系统，由于采用了先进的计算机控制技术，对传感器输出信号的调理具有智能性，其智能化程度大大提高。

探测器的输出形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。

对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报

1.11火灾自动报警系统的种类

目前在工程应用中火灾自动报警系统主要有控制中心报警系统、区域报警系统和集中报警系统三种基本形式

1控制中心报警

它是由火灾探测器手动火灾报警按钮、区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器以及消防控制设备等组成。

一般情况下，在控制中心报警系统中，集中火灾报警控制器是设在消防控制设备内，组成消防控制装置

2区域报警系统

它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器组成，适用于较小范围的保护。

3集中报警系统

它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器和集中火灾报警控制器等组成，其构成的方框图。

它适用于较大范围内多个区域的保护。

该系统的容量越大，所要求输出的控制程序越复杂，消防设施控制功能越全，发展到一定程度便构成为消防控制中心系统在具体工程中采用何种报警系统，可根据工程建设规模、保护工程的性质、火灾报警区域的划分和消防管理机构的组织形式等因素综合考虑后确定.

1.12火灾自动报警系统的组成

火灾自动报警系统是由触发器件、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。

它能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。

一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应

的防火灭火装置触发器件:

指在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报普信号的器件称为触发器件，主要包括火灾探测器和手动报警按钮。

火灾探测器是能对火灾参数（如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报带信号的器件，按照响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。

不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。

手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件，也是火灾自动报普系统中不可缺少的组成部分之一。

（1）火灾报警装置：

在火灾自动报警系统中，用以接受、显示和传递火灾报警信号并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。

火灾报警控制器就是其中最基本的一种。

火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态;接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号;进行声光报警;指示报警的具体部位及时间;同时执行相应辅助控制等任务，是火灾报警系统中的核心组成部分。

（2）消防控制设备:

在火灾自动报警系统中，当接收到来自触发器件的火灾报警信号后，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备，称为消防控制设备。

主要包括火灾报警控制器，自动灭火系统的控制装置，室内消火栓系统的控制装置，防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门、防火卷帘的控制装置，电梯回降控制装置，以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置中的部分或全部。

消防控制设备一般设置在消防控制中心，以便于实行集中统一控制，也有的消防控制设备设置在被控消防设备所在现场（如消防电梯控制按钮），但其动作信号则必须返回消防控制室，实行集中与分散相结合的控制方式。

（3）电源:

火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电源采用蓄电池。

系统电源除为火灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。

随着科学技术的发展，火灾报警系统的组成和功能，也不是一成不变的，只有单一功能的火灾报警控制器、防盗报警器和节能控制器等，将不再由行业、使用场所人为地区分成不同的系列、不同的产品，而是按照技术上、使用上的内在联系和差异来划分。

尤其是随着计算机技术的飞速发展，将综合成一个整体，即成为报警控制系统（器），报警后都能按需要输出一定程序的控制机能，启动相应的设施。

1.13研究火灾自动报警控制器的意义

火灾是国内外普遍关注的灾难性问题。

它是发生频率较高的一种灾害，在任何时间、任何地区都可能发生.随着社会经济的发展，建筑物、构筑物应用材料的多样性，各类工业和科学技术的发展，易燃材料增多，加之人们生活环境和生活方式的变革，火灾的危险性日益增加，火灾次数、火灾造成的人员伤亡和经济损失逐渐增多。

尤其是近几年来，高层建筑人量增加，一旦发生火灾，灭火的难度更大。

随着我国经济建设的发展，各种现代化楼字对火灾报警和自动灭火系统提出了更高的要求.大型宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等，自动灭火系统己成为必不可少的保安装置。

设置功能完善的消防设施，对保障人民生命财产的安全，无疑是极为重要的。

“消防”己经逐渐形成一门独立的学科，专门研究如何预防和控制火灾的发生和蔓延。

当今世界，由于电子技术、自动控制技术及计算机技术的高速发展，有力地促进了消防系统的发展。

现代消防系统，无论在结构上还是在功能上，都己达到很高的水平。

现代消防系统中采用了先进的火灾探测器探测火情，自动确认火灾并发出火灾报警信号，自动启动灭火设备、指挥灭火。

自动化消防系统的设计，涉及到许多领域和学科，如核物理、微电子、信息科学、通讯、网络、图像处理、建筑暖通、电气等，并且已经大量融入计算机技术、电子技术、传感器技术以及现代自动控制技术。

总之，现代消防系统适应了高层建筑的需要，是人们高度防火意思的体现，又是现代科技发展的高度结晶。

火灾自动报警系统的设计，必须遵循国家有关方针、政策、规范和公安消防部门的有关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、技术先进、经济合理、使用方便。

火灾自动报警系统的保护对象是建筑物或建筑物的一部分。

不同的建筑物，其使用性质、重要程度、火灾危险性、建筑结构形式、耐火等级、分布状况、环境条件以及管理形式等各不相同。

在设计中应仔细研究这些情况，根据不同的情况选择不同的火灾自动报警系统：

保护对象规模不大，重要程度不高，可选用区域报警系统，当区域报警控制器垂直方向警戒各楼层探测区域时，应在每个楼层的各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示装置，以便发生火警时（特别是夜间火灾），能及时找到火警区域，并迅速采取相应措施；保护对象规模大，重要程度高，人员集中，联动设备也多，可采用集中报警系统或控制中心报警系统。

第二章火灾报警系统所用的探测器简介

2.1火灾探测器的简介

火灾探测器通常又叫做探头，是我们监视保护区域发现火灾的第一线感觉器官。

火灾探测器是把火灾发生时燃烧所产生的热量、烟雾、火焰等特性进行”感觉”，并转变为电信号，传给“大脑”一火灾报警控制器，由它来处理判断，一旦信号值大于原来设定的闽值，就立即报警，消防控制室立刻启动其它消防设施扑救火灾。

严格说来，这种系统还是一个初步智能系统，它的智能是单向性的。

它只在控制机中有智能功能而在探测器中没有智能功能，而真正的智能系统应该是可以根据现场环境自动调整运行参数，具有自我学习和自适应能力等一系列高级功能的系统。

尽管目前火灾探测器的实报与误报比例在10:

1以下，但是随着火灾自动探测系统应用的日益普遍，其绝对数量不断增加，经常产生误报会降低自动探测系统的可信度，造成不必要的损失，影响它的应用。

因此，寻找适当的信号处理算法和探测方式一直是火灾自动探测研究的首要任务。

2.11根据火灾探测方法和原理，目前主要有以下几种火灾探测器:

l）感温式火灾探测器:

火灾时物质的燃烧产生大量的热量，使周围温度发生变化。

感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。

它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。

根据监测温度

参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的感温式火灾探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。

感温探测器对火灾发生时温度参数的敏感，其关键是由组成探测器核心部件—热敏元件决定。

感温式火灾探测器适宜安装于起火后产生烟雾较小的场所。

平时温度较高的场所不宜安装感温式火灾探测器

2）感烟式火灾探测器火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。

在火灾初期，由于温度较低，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾。

烟雾是早期火灾的重要特征之一，感烟式火灾探测器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。

它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。

感烟式火灾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种型式。

感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阴燃的场所;它不宜安装在平时烟雾较大或通风速度较快的场所

3）感光式火灾探测器:

物质燃烧时，在产生烟雾和放出热量的同时，也产可见或不可见的光辐射。

感光式火灾探测器又称火焰探测器，它是用于响应火灾的光特性。

即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。

据火焰的光特性，目前使用的火焰探测器有两种:

一种是对波长较短的光辐射敏感的紫外探测器，另一种是对波长较长的光辐射敏感的红外探测器。

紫外火焰探测器是敏感高强度火焰发射紫外光谱的一种探测器，它使用一种固态物质作为敏感元件，如碳化硅或硝酸铝，也可使用一种充气管作为敏感元件。

红外光探测器基本上包括一个过滤装置和透镜系统，用来筛除不需要的波长，而将收进来的光能聚集在对红外光敏感的光电管或光敏电阻上。

感光式火灾探测器宜安装在有瞬间产生爆炸的场所。

如石油、炸药等化工制造的生产存放场所

4）可燃气体探测器:

可燃气体探测器是对单一或多种可燃气体浓度响应的探测器。

可燃气体探测器有催化型和半导体型两种类型。

催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。

当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升高，而铂丝的电阻率便发生变化。

半导体可燃气体探测器要用灵敏度较高的气敏半导体元件，它在工作状态时，遇到可燃气体，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。

5）复合式火灾探测器:

复合式火灾探测器是对两种或两种以上火灾参数响应的探测器，它有感烟感温式、感烟感光式，感温感光式等几种型式

2.12火灾探测器的选择

1.根据火灾的特点选择探测器

①火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量热，很小或没有火焰辐射，应选用感烟探测器。

②火灾发展迅速，产生大量的热、烟和火焰辐射，可选用感烟探测器、感温探测器、火焰探测器或其组合。

③火灾发展迅速、有强烈的火焰辐射和少量烟和热、应选用火焰探测器。

④火灾形成特点不可预料，可进行模拟试验，根据试验结果选择探测器。

2.根据安装场所环境特征选择探测器

①相对湿度长期大于95%，气流速度大于5m/s，有大量粉尘、水雾滞留，可能产生腐蚀性气体，在正常情况下有烟滞留，产生醇类、醚类、酮类等有机物质的场所，不宜选用离子感烟探测器。

②可能产生阴燃或者发生火灾不及早报警将造成重大损失的场所，不宜选用感温探测器；温度在0℃以下的场所，不宜选用定温探测器；正常情况下温度变化大的场所，不宜选用差温探测器。

③有下列情形的场所，不宜选用火焰探测器：

a、可能发生无焰火灾；

b、在火焰出现前有浓烟扩散；

c、探测器的镜头易被污染；

d、探测器的“视线”易被遮挡；

e、探测器易被阳光或其他光源直接或间接照射；

f、在正常情况下，有明火作业以及X射线、弧光等影响。

3.根据房间高度选择探测器

在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表2.1的规定

表2.1点型感烟、感温火灾探测器的实用高度[3]

房间高度（m）

感烟探测器

感温探测器

一级

二级

三级

不适合

适合

不适合

适合

不适合

适合

不适合

适合

总之，探测器选择应根据实际环境情况选择合适的探测器，以达到及时、准确报警的目的。

2.13火灾探测器的设置

（1）探测区域内每个房间至少应布置一只火灾探测器。

（2）感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应该满足表2.2的规定。

表2.2感烟、感温探测器的保护面积和保护半径[4]

火灾探测器

的种类

地面面积

S（m2）

房间高度h（m）

一只探测器的保护面积A和保护半径R

房间坡度θ

θ≤15°

　15°＜θ≤　3°

θ＞30°

（m2）

（m）

（m2）

（m）

（m2）

（m）

感烟探

测器

S≤80

h≤12

6.7

7.2

8.0

S＞80

6＜h≤12

6.7

100

8.0

120

9.9

h≤6

5.8

7.2

100

9.0

感温探

测器

S≤30

h≤8

4.4

4.9

5.5

S＞30

h≤8

3.6

4.9

6.3

（3）一个探测区域内所需设置的探测器数量，应由下式计算：

（2.1）式中：

N—一个探测区域所需设置的探测器数量（只），N

1（取整数）；

S—一个探测区域的面积（m2）;

A—一个探测器的保护面积；

K—修正系数，重点保护建筑K取0.7～0.9，普通保护建筑K取1.0。

（4）在宽度小于3m以内的走廊顶棚上设置探测器时宜居中布置。

感温探测器的安装间距L不应超过10m，感烟探测器的安装间距L不应超过15m，探测器至端墙的距离不应大于探测器间距的1/2。

（5）探测器至墙壁、梁的水平距离不应小于0.5m，并且探测器的周围0.5m内不应有遮挡物。

（6）房间被书架、隔断、设备等分隔且至顶棚或梁的距离小于房间净高5％时，则每个被格开的部分至少安装一只探测器。

（7）探测器宜水平安装，如必须倾斜安装时，倾斜角不应大于45。

当屋顶坡度θ大于45时，应加木台或类似方法安装探测器。

2.14火灾探测器的原理和原理图

火灾探测与报警是火灾监控系统的基础和核心,主要实现火灾参数的检测和数据处理,为消防控制系统提供相关的输入信息,燃烧伴随有烟、光、热的现象,高温,高热、强光、强辐射等便成为火灾的基本特征[2]。

火灾探测就是基于以上基本特征,获取火灾发生初期的信息,把这种信息转化为电信号进行处理,目前火灾探测器主要有感烟式、感温式和感光式（火焰探测式）三大类,分别基于火灾的温度、产生的烟气、火焰光谱特征。

为了提高报警准确性减少误报,在此基础上出现了感烟、感温和感光相结合的复合式探测器。

除此之外,近年来还出现了图象式和空气采样式火灾探测器。

图象式探测器通过摄象采集监控区域的光辐射图象,然后通过图象识别技术判断火灾的发生,具有较强的识别和抗干扰能力。

空气采样式探测器则通过对空气粒子的采集,分析特定粒径粒子的浓度来判断火灾的发生,大大提高了探测器的灵敏度,解决了期火灾预报困难的问题，为大家的生命和财产做了保证。

其原理框图如图2.1所示。

图1 探测器框图

2.15火灾探测器的方法

对火灾的探测是以物质在燃烧过程中产生的各种现象为依据的，并应以早期发现火灾为前提。

因为火灾的早期发现，是充分发挥措施、减少火灾损失、保护生命财产的重要条件。

火灾探测方法从原理上可分为：

温度探测法、空气离化法、火焰检测法及可燃气体检测法。

目前使用得较多的火灾探测器有感温式、感烟式、感光式、可燃性气体探测式及多鉴式等类型，而在每种类型中又可分为不同的形式。

在实际使用时，可根据不同的防火场所去选择合适的方法，以发挥火灾探测器的效能，有效地探测火灾，从而实现早期发现火灾、早期报警的目的。

2.16火灾报警控制器的分类

火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。

1．感烟式火灾报警控制器

2．感光式火灾报警控制器

3．感温式火灾报警控制器

2.17火灾报警控制器的工作原理

控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。

从原理上讲无论是区域报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号－输入单元－自动监控单元－输出单元。

工作原理如图所示。

图2控制器的工作原理图

第三章设计方案的论证及硬件设计

本设计火灾报警器温控系统主要采用AT89C52作为微处理器，选用PT100作为温度传感器本文设计的“火灾报警器温控系统”系统工作电源为正负5V，主要功能是通过对现场探测器的实时检测，来控制消防减灾设备和灭火设备。

通过系统硬件部分的电源电路、信号输出电路、前端控制电路、数模转换电路、单片机及其周边电路和显示电路，软件部分程序对采样到的数据进行处理，当温度达到一定数值时实现火灾自动检测、报警等控制功能。

采用了ICL7135芯片作为测温电路与单片机的转换通道。

报警显示部分采用发光二极管和蜂鸣器。

系统接线少，价格低廉，工程布线灵活性，安装调试简便，效率高，抗干扰能力强，而且对远程开关的功耗、线阻、压降等等一些指标要求低,针对设计的应用环境及各种探测器的特点，本设计用的是选感温火灾探测器。

电气连接简单，工程调试方便，价格低廉，但性能可靠，信价比较高。

3.1系统元件的选择及元件特点

3.11单片机的选择

单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和AT89C51与AT89c52做一下比较。

8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。

用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。

写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。

由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。

后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。

我们统称这些与8051内核相同的单片机为"51系列单片机"。

在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。

显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。

而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。

单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平（Vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。

也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。

另外，AT89C51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。

AT89C52与AT89c51的区别:

（1）、RAM空间增大：

AT89C51有128字节的内部RAM，称之为DATA存储

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